本書系統地介紹了現代機械設計的思維、方法、技術,即現代機械設計的理念,內容包括設計與現代機械設計,系統化設計理論及方法、創(chuàng)新設計思維及技法、價值設計理論及方法、設計評價理論及方法、變型設計理論及方法等方面的知識和應用。本書可滿足機械工程學科研究生在分析設計系統、總結設計規(guī)律的基礎上,了解設計理論和方法的概念、主要內容,掌握必要的設計技巧和方法,開拓學習和設計思路的需求,為今后從事機械設計研究和工作提供有益的幫助。
前言
產品或裝備是一系列科技成就的結晶,設計是使產品具備這一特征的創(chuàng)造性工作過程。在國內外市場競爭日趨激烈的環(huán)境下,機械設計是制造業(yè)企業(yè)實現開發(fā)新產品、提升產品技術水平、參與市場競爭的基礎,企業(yè)的創(chuàng)新能力決定了其在國內外市場競爭格局中的地位。知悉機械設計過程各個環(huán)節(jié)、程序、規(guī)律、思維、方法,即在掌握機械設計的基本理論和技術的基礎上,了解和掌握現代機械設計的思維、方法、技術(現代機械設計理念),是學生適應現代工業(yè)企業(yè)對機械類專業(yè)高級應用型人才培養(yǎng)以及自身適應能力增強的必然需求。
設計理論及方法是設計的基礎,是人類思維的寶貴財富,是探索科學真理的鑰匙。認識事物、解決問題都需要正確的方法指引。作為機械工程學科研究生培養(yǎng)的技術基礎課程,現代機械設計理論及方法旨在幫助學生在分析設計系統、總結設計規(guī)律的基礎上,了解機械設計理論和方法的概念、主要內容,掌握必要的設計技巧和方法,開拓學習和設計思路,為今后從事機械設計研究和工作提供有益的幫助。
設計理論和方法是研究設計程序、設計規(guī)律及設計中思維和工作方法的一門綜合性學科。它的基礎包括系統工程學、創(chuàng)造工程學、價值工程學、優(yōu)化理論、相似理論、決策學、預測學等多種現代科學理論。同時,預測、確定方案、評價、決策、試驗等各個設計環(huán)節(jié)均可借助于計算機軟硬件來提高設計的質量和效率。因此,本書的編著主要從內容體系和結構體系兩方面著手:在內容體系上,重點闡述系統化設計、創(chuàng)造性思維及技法、評價與決策方法和典型產品設計的基本理論和設計方法,使學習者了解和掌握設計過程的一般規(guī)律、設計程序以及程序中各階段、各步驟采用的要求、法則、方法和技術;在結構體系上,先通過引導出相關的概念、原理、技術、方法,然后分別去闡述相關內容并擴展,重在與實際技術應用呼應。同時,本書圍繞現代機械設計理論及方法的教學要求,注重對設計思想、設計系統、創(chuàng)新思維等設計全流程的系統化闡述,有利于培養(yǎng)學生的現代機械設計理念和創(chuàng)新意識,了解和掌握現代機械設計的基本概念、應用理論及方法。為全面貫徹黨的教育方針,落實立德樹人根本任務,本書在每章融入了課程思政教育的素材——學習延讀。
本書是在對周驥平教授從事“現代機械設計理論及方法”碩士研究生課程教學20余年的教案與課件資料系統整理的基礎上,參考近年來國內出版的有關機械設計、機械創(chuàng)新設計、現代機械設計方法等方面的論著、報告和教材而編著完成的。其中第一章設計與現代機械設計、第三章創(chuàng)新設計思維及技法由周驥平教授編著,第二章系統化設計理論及方法、第六章變型設計理論及方法由俞亮博士編著,第四章價值設計理論及方法、第五章設計評價理論及方法由邱變變博士編著。全書由周驥平進行文字統稿,邱變變進行圖表的繪制。
限于編著者水平和對現代機械設計理解的局限性,且內容體系和相關問題有待于探討與實踐總結,因此,書中的缺點與錯誤在所難免,懇請廣大讀者批評指正。同時,向本書編著時所參考的資料的相關著作者表示誠摯的謝意,并希望得到他們的指教。
本書的編著得到了揚州大學出版基金的資助,在此表示衷心感謝!
編著者
于揚州
目錄
前言
第一章設計與現代機械設計1
第一節(jié)概述1
一、設計的概念1
二、設計過程2
三、設計分類3
四、現代設計發(fā)展4
第二節(jié)設計的系統性5
一、系統的基本特征5
二、設計對象的特征6
三、設計系統7
第三節(jié)設計理論8
一、設計方法學8
二、設計理論的技術基礎9
第四節(jié)設計方法16
一、設計求解的邏輯步驟17
二、設計方法分類17
三、全生命周期設計技術18
四、綠色產品設計技術23
【學習延讀】26
思考題27
第二章系統化設計理論及方法28
第一節(jié)概述28
一、技術過程28
二、技術系統30
三、系統與環(huán)境32
四、設計的系統化32
第二節(jié)明確設計任務33
一、需求識別33
二、調查研究34
三、擬定設計要求35
第三節(jié)功能分析方法37
一、功能37
二、功能分析37
三、功能分解39
四、功能結構與功能模型40
第四節(jié)分功能求解43
一、分功能求解的基本思路43
二、工作原理43
三、功能載體44
四、知識庫45
五、分功能求解的要點46
第五節(jié)原理方案綜合47
一、形態(tài)學矩陣47
二、方案優(yōu)選50
三、設計應用舉例50
【學習延讀】52
思考題53
第三章創(chuàng)新設計思維及技法55
第一節(jié)概述55
一、常規(guī)設計與創(chuàng)新設計55
二、設計的本質55
三、創(chuàng)造的特征56
四、創(chuàng)造的一般過程56
第二節(jié)創(chuàng)造力57
一、人的智力因素57
二、創(chuàng)造力的開發(fā)57
三、創(chuàng)造力的培養(yǎng)58
第三節(jié)創(chuàng)造性思維59
一、創(chuàng)造性思維的含義及實質59
二、創(chuàng)造性思維的特點59
三、創(chuàng)造性思維的類型60
第四節(jié)創(chuàng)造技法63
一、智暴法63
二、系統探求法65
三、類比法68
四、組合創(chuàng)新法69
五、定量分析法72
六、變體分析法73
七、技術移植法73
【學習延讀】74
思考題74
第四章價值設計理論及方法76
第一節(jié)概述76
一、價值與價值設計76
二、價值工程與價值設計77
三、產品壽命周期與價值設計77
四、價值設計的主要內容79
第二節(jié)價值設計中的功能分析79
一、功能描述80
二、功能整理80
第三節(jié)提高產品性能的設計原則81
一、合理負載原則81
二、提高疲勞強度的設計原則87
三、提高精度的設計原則88
四、考慮合理熱膨脹的設計原則92
五、自助原則93
六、降低噪聲的設計原則95
第四節(jié)降低產品成本的設計98
一、產品的成本結構及特點98
二、通過設計降低產品成本99
第五節(jié)價值分析和評價103
一、價值分析及設計對象的確定103
二 、價值設計方案的評價107
【學習延讀】111
思考題112
第五章設計評價理論及方法113
第一節(jié)概述113
一、評價的概念及意義113
二、工程設計評價的一般過程114
第二節(jié)綜合評價基本內容115
一、評價準則的設立及評價指標體系的構建115
二、評價目標樹117
三、指標的同度量化處理117
四、加權系數118
第三節(jié)簡單評價法119
一、點評法119
二、名次計分法119
第四節(jié)評分法121
一、評分標準及評分曲線121
二、總分計分方法122
三、有效值法具體評價過程122
第五節(jié)技術經濟評價法124
一、技術評價124
二、經濟評價125
三、技術經濟綜合評價125
第六節(jié)模糊綜合評價法127
一、模糊的概念127
二、隸屬度127
三、模糊綜合評價步驟129
四、評價結果分析131
五、評價舉例132
第七節(jié)其他綜合評價方法134
一、TOPSIS法134
二、灰色評價方法135
三、BP人工神經網絡模型136
四、組合評價方法137
【學習延讀】137
思考題138
第六章變型設計理論及方法139
第一節(jié)概述139
一、市場競爭與變型產品139
二、變型產品與“三化”140
三、變型產品的系列類型141
四、優(yōu)先數與標準公比142
第二節(jié)相似系列產品設計144
一、相似系列產品144
二、基本相似理論145
三、模型設計與試驗152
四、相似系列產品設計要點153
第三節(jié)模塊化產品設計156
一、模塊的概念156
二、模塊化設計157
三、模塊化產品的設計步驟162
四、模塊的計算機管理系統162
五、設計舉例163
【學習延讀】167
思考題167
參考文獻168